Solun tukiranka Chapter 16 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrotubulukset vihreällä Aktiinifilamentteja punaisella Tuman DNA sinisellä BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Tukirangan uudelleenjärjestäytyminen fibroblastin jakautumisen aikana Mikrotubulukset vihreällä Aktiinifilamentteja punaisella Tuma ruskealla BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Epiteelisolun tukirangan organisoituminen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-5 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Tukiranka solun muodonmuutoksen aikana BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-7 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Tukiranka 1 sytoskeleton 3 päätyyppiä 1. Mikrofilamentit 4-6 nm paksuisia, aktiinia 2. Mikrotubulukset läpimitta 25 nm, koostuvat tubuliinista  putkia 3. Välikokoiset filamentit läpimitta 10 nm, kemiallinen koostumus vaihtelee lisäksi monet sytosolin proteiinit tukirangan toiminnallisia osia  kytkevät säikeitä soluelimiin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Tukiranka 2 mikrofilamentit ja mikrotubulukset hajoavat ja muodostuvat uudelleen nopeasti; välikokoiset filamentit pysyvämpiä kantamolekyyleinä sytosolin prot. monomeerit  polymerisoituminen  säikeet, putket Merkitys tuki + liike myosiini (myös muissa k. lihassoluissa) + aktiini sikiöiden kudosten ja elinten synty (histo- ja organogeneesi) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aktiini runsaasti solun sisällä 1-5 % kaikista proteiineista Ihmisellä 6 aktiinigeeniä Geenien tuotteet: - 4 -aktiinia - - ja -aktiini poikkeavat vain muutaman aminohapon verran BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

solu aktiinin osuus prot. % fibroblasti 10 ameeba 15 verihiutale (human) maksasolu 2 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aktiini … -aktiinia esiintyy lähinnä lihassoluissa - ja -aktiinia muissa soluissa evoluutiossa säilyneet hyvin, ameebojen aktiini ihmisen kaltainen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Filamenttien lämpötilastabiilisuus BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-8 (part 1 of 2) Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-8 (part 2 of 2) Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Aktiini saadaan polymerisoitumaan koeputkessa Polymerisoituminen koeputkessa lisäämällä suolakonsentraatiota tai nostamalla Ta BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-10 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Aktiiniin sitoutuvia proteiineja 1) Aktiinisäikeiden välisiä poikkisidoksia Filamiini -aktiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aktiiniin sitoutuvia proteiineja … 2) Solukalvoon yhdistäviä Filamiini -aktiini Dystrofiini Spektriini Esriini Taliini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aktiiniin sitoutuvia proteiineja … 3) Aktiinisäikeiden päihin tulpaksi liittyviä proteiineja CapZ (plus-pää) Tropomoduliini (miinus-pää) Kofiliini (plus-pää) Severiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aktiiniin sitoutuvia proteiineja … 4) Aktiinisäikeitä katkaisevia Severiini Gelsoliini Kofiliini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aktiiniin sitoutuvia proteiineja … 5) Aktiinin polymerisaatiota edistäviä proteiineja Profiliini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aktiiniin sitoutuvia proteiineja … 6) Liikkeeseen tarvittavan molekyylimoottorin muodostuminen Myosiini Tropomyosiini Troponiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Plasma membrane Glycophorin Band 3 dimer Band 4.1 Ankyrin Ankyriini yhdistää spektriinin kolmois-nauhan proteiinit solukalvon anioni-transpor-teriin Spectrin tetramer Erytrosyytin sytoskeletonin proteiinit. Vuorovaikutus integraali-kalvoproteiinien kanssa. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Erytrosyytin proteiinit spektriinin tetrameerin päätekompleksin komponentin hypoteettinen järjestys ja vuorovaikutukset BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrofilamentit verihiutaleissa Trombosyytit levossa, levymäinen muoto Hyytymisaineen vaikutus  solut leviävät keskeltä ulospäin Hyytymisen aikana satelliittimainen muoto, ulospäin useita filopodeja. Aktiinin morfologinen uudelleenjärjestäytyminen, yhteydet solukalvoon BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Platelet Aktiinifilamentit filamiinin välityksellä kiinnittyy kolmiulotteisesti geeliin Geeli täyttää trombosyytin sytosolin Kiinnittyminen filamiinin avulla glykoproteiinin 1b-IX-kompleksiin verihiutaleen kalvolla GP 1b-IX on kalvoreseptori kahdelle verihyytymisproteiinille BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Muscle Dystrofiini kiinnittää aktiinifilamentit kalvon integraaliproteiiniin Kompleksi sitoo lamiinin ja agriinin ekstrasellulaariseen matriksiin (ECM) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Viimeksi käsiteltiin Aktiiniin sitoutuvia proteiineja Aktiinisäikeiden välisiä poikkisidoksia Solukalvoon yhdistäviä - erytrosyytti, trombosyytti, lihassolu Aktiinisäikeiden päihin tulpaksi liittyviä proteiineja Aktiinisäikeitä katkaisevia Aktiinin polymerisaatiota edistäviä proteiineja Liikkeeseen tarvittavan molekyylimoottorin muodostuminen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Epiteelisolu ERM-proteiini esriini ja EBP50 kytkevät aktiinifilamentin kystisen fibroosan läpimenevään reseptoriin (CFTR) Esriini avautuu oligomeeriksi ja syntyy pää-häntä-dimeeri BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Capping protein Aktiinisäikeiden päihin tulpaksi liittyviä proteiineja Toksiinit häiritsevät aktiinin monomeeri–polymeeri tasapainoa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Alkaloidien vaikutus aktiiniin Esim. sieniperäinen alkaloidi sytokalasiini D aktiinifilamentin polymerisoitumisen sitoutumalla F-aktiinin pluspäähän ja estää seuraavan yksikön kiinnittymisen Toinen sienistä erittyvä toksiini latrunkuliini sitoutuu G-aktiiniin ja inhiboi sen kiinnittymisen filamentin päähän BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Profiliini sitoutuu aktiinin monomeeriin aktiinin polymerisaatiota edistävä proteiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-37 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-38 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Profiliini Profiliini ja tymosiini 4 säätelevät G-aktiinin polymerisaatiota BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Profiliini migraatiossa Profiliini kumuloituu vaeltavan fibroblastin johtaviin ulokkeisiin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aktiinin järjestäytyminen fibroblastissa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-47 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Actin cross-linking proteins BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-48 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Aktiinifilamenttikimppujen muodostumen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-49a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Aktiini mikrovilluksissa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-50a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-50b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Aktiiniverkko filaaminin avulla Actin filament Filamin cross-linker BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-51 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Gelsoliini Jos sytosolin Ca2+-konsentraatio on alle 10-6 M, gelsoliini ei sitoudu aktiinifilamenttiin Korkea Ca2+-konsentraatio johtaa gelsoliinin ja aktiinin välisen kovalenttisen sidoksen vahvistumiseen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrofilamentit 1 lihassolun supistumismekanismi 1950-luvun lopulla (Huxley) ATP + CA2+  säikeiden väliset sillat epiteelisolun mikrofilamentit tunnetaan parhaiten myös muiden solujen sekä soluorganellien liike nojautuu aktiinisäikeisiin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Microfilaments

Mikrofilamentti (aktiinifilamentti) Actin tubulin 7 nm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Actin filament Fascin cross-linker 36 nm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrofilamentit 2 Aktiini hydrolyysi, Ca2+  kierteinen säie G-aktiini (globular) F-aktiini (filamentous) ATP ADP  kierteinen säie lihakset ja mikrovillukset tunnetaan parhaiten BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrofilamentit 3 Aktiinia sitovat proteiinit: aktiini + myosiini + tropomyosiini  liike aktiini + -filamiini  yhtenäinen geeli aktiini + fimbriini  yhdensuunt. säiekimput aktiini + vinkuliini  kiinnittyminen solumembraaniin Ca2+-ionien ohjailu tropomyosiini-troponiini-C-järjestelmä lihassolussa muissa kalmoduliini säikeiden kiinnittyminen alustaan kiinnityslevyn (adhesion plate) avulla BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrotubulukset 1 jopa 50 % solun tubuliinista liukoisena läpimitta 25 nm, pituus useita µm erityisen runsaasti ulokkeissa, esim. aksonit; 15 % proteiineista tubuliinia solun kuljetusverkosto kromosomien liikkeiden ohjaus punasolun plasmamembraanin alla  kaksoiskoveruus verihiutaleissa  osallistuu aktiivisesti hyytymistapahtumaan BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Tubuliini ja keratiini Makrofagit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrotubulus 10 µm Tubulin dimer 25 nm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrotubuluksen rakenne Tubulin heterodimerin beeta tubulin alfa tubulin BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrotubuluksen rakentuminen ala- yksiköistään alfa tubulin beeta tubulin Dimers on Mikrotubuluksen rakentuminen ala- yksiköistään GTP cap Dimers off BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrotubulukset 2 Mikrotubulusten organisaatio-keskukset toinen pää yl. ankkuroitunut ±solun keskelle (sentriolin lähelle)  MAP (organisaatiokeskus) identtinen sentriolin kanssa keskellä parilliset sentriolit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrotubuluksen organisointi-keskus Microtubule organizing center (MTOC) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrotubulukset 3 Tubuliini mikrotubulusten sisältämä proteiini esiintyy kahtena polypeptidiketjuna MW 50 kD tubuliiniyksiköt pituussuunnassa peräkkäin  EM kuvassa ohuina rihmoina liukoinen tubuliini vapaana sytosolissa  polymerisoitumalla varsinainen tubuliini (cAMP) säätelee BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrotubuluksen poikkileikkaus Microtubule cross section BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Mikrotubulukset 4 Dyneiini tumasukkulan mikrotubulusten proteiini  ATPaasin aktiviteettia  liike samanlaista kuin värekarvoissa ja siimoissa mikrotubulusten aktiivista liikettä: tubuliini-dyneiini (vrt. lihasten aktiini-myosiini) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Molekyylimoottorit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Moottoriproteiinit Assosioituvat sytoskeletoniin Sitoutuvat polaroituineisiin tukirangan filamentteihin Saavat energiansa syklisesti toistuvista ATP-hydrolyysistä  kuljettaa molekyyliä eteenpäin Jokaisessa eukaryottisolussa on tusinoittain erilaisia moottoriproteiineja Kuljettavat kalvorakenteisiin liittyviä organelleja, mm. mitokondrioita, Golgin laitteen varsia, eriterakkuloita sopiviin paikkoihin solussa Kuljettavat tukirangan filamentteja supistuksen ja jännityksen aikana (lihassupistus, ripsiliike, solunjakautuminen, DNA- ja RNA-polymeraasi) Liikkeelle energia nukelosiditrifosfaateilta BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Tukirangan motorisen molekyylin liike Esim. cilia ja flagella Motor molecule (ATP powered) Microtubule of cytoskeleton BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Motorisen molekyylin kiinnittyminen reseptoriin Näin esim. transmitteriä sisältävä vesikkeli kulkee kohti aksonin kärkeä. Organelle Receptor for motor molecule Microtubule of cytoskeleton Motor molecule (ATP powerwd) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Motoristen molekyylien liike 1 Kinesiini, suunta positiivinen Light chains Heavy chains Microtubule BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Motoristen molekyylien liike 2 Dyneiini, suunta negatiivinen Light chain Heavy chain BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Kinesiini ja dyneiini ovat moottoriproteiineja, jotka kuljettavat mm Kinesiini ja dyneiini ovat moottoriproteiineja, jotka kuljettavat mm. solunkuljetusrakkuloita päinvastaisiin suuntiin. Kinesiinin avulla tapahtuu liike mikrotubuluksen plus-päätä kohti ja dyneiinin avulla miinus-päätä kohti BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Myosiini II BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-54a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-54b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Myosiini II bipolaarinen paksu filamentti poikkijuovaisessa lihaksessa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-55a,b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

EM-kuvan perusteella kaavamainen esitys BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-55c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Myosiinin aktiivisuus on voitu osoittaa Aktiini merkitty fluorisoivalla falloidiinilla. ATP:n lisääminen  filamenttien liukuminen Videokuvaus BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-56 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Myosiinin superperheen jäsenet BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-57 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Välikokoiset filamentit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Välikokoiset filamentit jokseenkin suoria paksuus n. 10 nm koko siis mikrotubulusten (25 nm) ja mikrofilamenttien (6 nm) väliltä esiintyy lähes kaikissa soluissa tukevat solun rakennetta ja lisäävät solun kestävyyttä Keratiini lähes kaikissa välikokoisissa filamenteissa keratiinifilamentit es. epiteelisoluissa desmosomeihin liittyvissä tonofilamenteissa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Välikokoinen filamentti Protein subunits Fibrous subunits 10 nm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

lihassolun intermediaarisäikeen proteiini Desmiini lihassolun intermediaarisäikeen proteiini desmiinisäikeeseen liittyy aktiinia liittää lihassolun myofibrilleja Z-levyihin pitää paikallaan lihassolun organelleja supistumisen kuluessa Vimentiini menkymaalisissa soluissa Neurofilamentit ja periferiini Hermosoluissa Nestiini Hermo- ja lihas- kantasoluissa Lamiini A ja B Erilaistuneet solut BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Vimentiini BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Lamiini Lamiini muodostaa verkon tumakotelon sisälle Lamiinit kiinnittyvät fosfolipidikalvoon isoprenyylin avulla ja stabiloivat tumakotelon BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

solukalvoon kiinnittyviä säikeisiä levyjä paksuus n. 10 nm Tonofilamentit osa solun tukirankaa solukalvoon kiinnittyviä säikeisiä levyjä paksuus n. 10 nm soluliman ja solukalvon liittyminen yhteen desmosomeissa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Table 16-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Table 16-2 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-23a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Sentrioli eli keskusjyvänen lähellä solun keskustaa interfaasivaiheessa Golgin laitteen tuntumassa, sytosentrumissa parillinen ( diplosomi) pituus 0,3 µm, paksuus 0,1 µm lieriömäinen 9 triplettiä (kaksi avointa, yksi suljettu) merkitys mitoosissa replikoitumiskykyisiä sis. mahd. oman genomin (vrt. mitokondriot) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 16-30a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Värekarvat (cilia) ja ripset (flagella) Ciliat ohuita, halk. 0,5 µm pituus 2-10 µm liikkuvia ympärillä solukalvo runs./solu värekarvaliike koordinoitua, autom. liikettä  hiukkaset haluttuun suuntaan esim. munatorven pinnan värekarvojen aaltoliike kuljettaa munasolun kohti kohtua nopeus tuhansia µm/min Flagellat tavallisesti cilioita pitempiä, 100-200 µm muutamia/solu BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Ciliumin hienorakenne Axoneme Basal body BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Ciliumin poikkileukkaus Basal body Centriole BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Cilioiden edestakainen lyönti Direction of organism´s movement Direction of active stroke Direction of recovery stroke BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Cilioiden peittämä paramecium A dense nap of beating cilia covers this Paramecium, a motile protist (SEM) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Flagella 1 µm Propulsion of a sperm cell is an example of falgellate locomotion (SEM) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Tyvikappale (basal body 9+0 –tyyppiä epiteelisolun latvassa  liittyvät ao. soluista ulospistäviin värekarvoihin ja ripsiin Aksoneema värekarvojen keskellä oleva akseli 9+2 –rakenne kaksoisputkirakenne (kaksi mikroputkea, dupletti) dyneiinivarret BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

tubuliini-dyneiini analoginen lihaksen aktiini-myosiinin kanssa katalysoi ATP:n hydrolyysiä  vap. energiaa , mikrotubulusvarret liikkuvat toisiaan pitkin tubuliini-dyneiini analoginen lihaksen aktiini-myosiinin kanssa parill. putket eivät lyhene  liukuvat toistensa lomiin keskellä oleva putkipari  liikkeen suunta BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010